大多數(shù)FPGA的程序存儲(chǔ)器(FLASH)為什么都放在外面呢?FPGA的主要應(yīng)用

FPGA的主要應(yīng)用：

FPGA由于其較高的價(jià)格和成本，決定了FPGA不能像單片機(jī)那樣被廣泛的使用，F(xiàn)PGA的針對(duì)于高端處理市場(chǎng)（類(lèi)如：手機(jī)處理器，平板，工業(yè)控制系統(tǒng)）或許你會(huì)有些疑問(wèn)，為什么在高端電子產(chǎn)品市場(chǎng)幾乎難以看到FPGA的使用，幾乎全是專(zhuān)用集成電路（ASIC）芯片，就是我們常說(shuō)的定制芯片，為什么FPGA的應(yīng)用會(huì)這么的少，因?yàn)閷?zhuān)用集成電路（ASIC）芯片速度要比FPGA快，性能強(qiáng)。

FPGA和專(zhuān)用集成電路（ASIC）成本比較，在初始時(shí)FPGA成本較低，但在大批量使用時(shí)FPGA成本大量上升，專(zhuān)用集成電路（ASIC）初始時(shí)成本較高，但在大批量使用時(shí)成本較低，可以推斷出專(zhuān)用集成電路（ASIC）使用上要比FPGA多是因?yàn)樵诖罅?a href="http://wenjunhu.com/v/" target="_blank">智能化的設(shè)備中因?yàn)槌杀镜汀?/p>

在這里FPGA還是用于了專(zhuān)用集成電路（ASIC）芯片的設(shè)計(jì)驗(yàn)證，F(xiàn)PGA除了開(kāi)發(fā)周期快有沒(méi)有什么一點(diǎn)強(qiáng)于專(zhuān)用集成電路（ASIC）呢？有，在這里我們先代入關(guān)于FPG的其他內(nèi)容。

關(guān)于程序存儲(chǔ)的問(wèn)題：

FPGA芯片大部分都外置基礎(chǔ)FLASH存儲(chǔ)器，只有很少一部分FPGA內(nèi)部集成FLASH，為什么不像單片機(jī)那樣內(nèi)置存儲(chǔ)器呢？這樣就減少外部設(shè)計(jì)，提高了內(nèi)置集成度，當(dāng)FIASH不夠用時(shí)在外置寄存器，這樣不好嗎？

或許有人會(huì)這樣回答：FPGA程序數(shù)據(jù)復(fù)雜，內(nèi)容較多占用空間較大，不容易存儲(chǔ)在芯片內(nèi)部，或者是在外面不容易產(chǎn)生干擾，程序放在外面芯片損壞更有修復(fù)的可能。那么這些的回答對(duì)不對(duì)呢？也對(duì)，但也不完全對(duì)這些的回答未免也太勉強(qiáng)了，

我們先來(lái)看著幾張內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖：

安捷倫DSO7104B示波器采用賽靈思（Xilinx）XC6000系列FPGA，主處理器采用安捷倫定制的芯片。

普源精電HDO4000示波器采用賽靈思（Xilinx）Zynq-7000系列（XC7A100T）FPGA，主處理器采用瑞芯微電子的RK3399。

鼎陽(yáng)SDS3000高端示波器采用多個(gè)（能看到有4個(gè)）Zynq-6000 系列FPGA，主處理器在散熱片下面有兩個(gè)目前未知。

這是一個(gè)FPGA的典型應(yīng)用：示波器（第五代示波器，混合域示波器，注意這里的示波器是正常全功能的示波器，不是百元機(jī)），示波器必不可少的就是FPGA器件，看了上面的圖會(huì)發(fā)現(xiàn)一些高端的示波器使用的FPGA數(shù)量會(huì)更多，很顯然FPGA已經(jīng)成為了示波器的必不可少的器件，在這里或許會(huì)有疑問(wèn)FPGA為什么會(huì)被示波器廣泛使用呢，為什么不要專(zhuān)用集成電路（ASIC）芯片呢？這樣不更節(jié)省成本嗎？

如果細(xì)心的就會(huì)發(fā)現(xiàn)FPGA在這里的使用并不是主機(jī)（這里的主機(jī)是指在該主板上發(fā)出主要控制或?qū)崿F(xiàn)功能的元器件，控制從機(jī)），而是當(dāng)做了從機(jī)（這里的從機(jī)是指在該主板上由主處理器發(fā)出對(duì)該器件的控制就叫從機(jī)）來(lái)使用，在智能化電子產(chǎn)品中為了集成度高，把很多的芯片功能集成到了一起，為了保證大量低成本使用芯片，即使需要FPGA芯片也把它集成到了專(zhuān)用集成電路（ASIC）芯片中。

之前我們所說(shuō)的FPGA在使用中很少，這只是把FPGA當(dāng)做主機(jī)使用，F(xiàn)PGA很少拿來(lái)做控制器，這取決于內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因?yàn)閮?nèi)部采用大量的邏輯單元，沒(méi)有主要的核心控制器（或中央處理器CPU），如果采用FPGA當(dāng)做主機(jī)來(lái)使使用需要在內(nèi)部定義一個(gè)從邏輯搭建的處理器，不如把FPGA當(dāng)做從機(jī)使用在電路中通過(guò)主機(jī)（處理器）來(lái)控制FPGA來(lái)輸出，這樣能更好的實(shí)現(xiàn)邏輯功能，因?yàn)檫@樣可以不采用單獨(dú)的定制芯片，做到分離式控制，用簡(jiǎn)單的處理器實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的邏輯功能，因此FPGA應(yīng)用在從機(jī)的方面較多。

FPGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

正是FPGA的主要使用領(lǐng)域是從機(jī)，被受到其他設(shè)備的控制，所以大部分FPGA內(nèi)部沒(méi)有FLASH程序存儲(chǔ)器（除了一些FPGA邏輯數(shù)量少，性能較低的內(nèi)部包含有FLASH），因?yàn)镕PGA在從機(jī)使用較多，所以做內(nèi)部不集成FLASH程序存儲(chǔ)器是為了更好的針對(duì)FPGA從機(jī)的應(yīng)用，更能靈活的實(shí)現(xiàn)FPGA的靈活功能。

PROGRAM_B端口和JTAG（或QSPI）部分:

這個(gè)端口PROGRAN_B端口和JTAG（或QSPI）調(diào)節(jié)引腳在FPGA從機(jī)的模式中必不可少。JTAG或QSPI端口可以通過(guò)主機(jī)把程序下載到FPGA中，對(duì)FPGA直接進(jìn)行控制，但是程序下載到FPGA中程序數(shù)據(jù)是無(wú)法更改的。

于是針對(duì)這種情況在芯片上設(shè)計(jì)了PROGRAM_B引腳，該引腳的作用是清除內(nèi)部程序數(shù)據(jù)，和芯片復(fù)位的狀態(tài)不一樣，芯片復(fù)位是把內(nèi)部所有的內(nèi)容清除，并重新配置芯片開(kāi)啟數(shù)據(jù)包括清除內(nèi)部時(shí)序。PROGRAM_B引腳的功能就是只把芯片上正在運(yùn)行的數(shù)據(jù)清除，以主機(jī)重新向從機(jī)傳入程序數(shù)據(jù)，這個(gè)就可以對(duì)內(nèi)部邏輯的排列就有了重新的定義，所以FPGA在從機(jī)的領(lǐng)域使用較多，因?yàn)樗趦?nèi)部排列和架構(gòu)上利于重新排列的，針對(duì)FPGA使用的方法更支持并傾向于從機(jī)。

結(jié)尾和總結(jié)：

不知道你們?cè)谑褂檬静ㄆ鞯臅r(shí)候有沒(méi)有這樣的功能：在按下自動(dòng)輸出波形的時(shí)候示波器屏幕會(huì)不動(dòng)，然后聽(tīng)見(jiàn)內(nèi)部繼電器響幾下，幾秒后波形在屏幕上顯示出來(lái)了。有沒(méi)有想過(guò)為什么屏幕會(huì)突然停下？因?yàn)閮?nèi)部的FPGA芯片的程序數(shù)據(jù)會(huì)被重新下載，停下的時(shí)間就是主機(jī)向FPGA傳入新的程序內(nèi)容。

總而言之FPGA主要是因?yàn)殪`活的特點(diǎn)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變速度快，邏輯性強(qiáng)，所以在芯片領(lǐng)域有著重要的，不可替代的特點(diǎn)。